專利名稱：微小型無人直升機(jī)自動(dòng)駕駛和手動(dòng)遙控飛行切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微小型無人直升機(jī)自動(dòng)駕駛和手動(dòng)遙控飛行切換方法，屬于飛行 器自動(dòng)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微小型無人直升機(jī)是當(dāng)今世界一項(xiàng)熱門的技術(shù)。由于其體積小巧、成本低、飛行機(jī) 動(dòng)性好、起降場地要求低，微小型無人直升機(jī)在航拍、大氣監(jiān)測、交通監(jiān)控、資源勘探、農(nóng)業(yè) 等民用領(lǐng)域和戰(zhàn)場偵察、目標(biāo)監(jiān)視、直接攻擊、通信中繼等軍用領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。 但是，微小型無人直升機(jī)是一個(gè)典型的非線性、多輸入多輸出、強(qiáng)噪聲、強(qiáng)耦合的復(fù)雜控制 系統(tǒng)，盡管當(dāng)今已經(jīng)提出了一些有效地控制方法，但難以保證微小型無人直升機(jī)在空中出 現(xiàn)故障，或者由于外界大氣的干擾而造成控制律的實(shí)效，此時(shí)如果不及時(shí)地采取補(bǔ)救措施， 直升機(jī)就有墜機(jī)的危險(xiǎn)，為此，設(shè)計(jì)一種能及時(shí)的在無人直升機(jī)自動(dòng)駕駛模式和手動(dòng)遙控 飛行模式切換的方法是非常必要的。一旦出現(xiàn)上述的危險(xiǎn)狀況時(shí)，將無人直升機(jī)切換到手 動(dòng)遙控飛行方式，才能保證無人直升機(jī)的安全降落?，F(xiàn)有的微小型無人直升機(jī)自動(dòng)駕駛和手動(dòng)遙控飛行切換方式一般是在遙控器中 單獨(dú)設(shè)置一路通道作為切換按鈕，由地面上的操作人員通過目測來決定是自動(dòng)駕駛還是手 動(dòng)遙控飛行。這種方法存在著判斷不及時(shí)、準(zhǔn)確率不高和操作延遲的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是使得微小型無人直升機(jī)在自主飛行出現(xiàn)異常狀況時(shí)，或飛行控制 系統(tǒng)不能正?？刂浦鄙龣C(jī)的飛行時(shí)，將微小型無人直升機(jī)的控制模式由自動(dòng)駕駛模式切換 到手動(dòng)遙控飛行模式，從而由地面上的操作人員引導(dǎo)無人直升機(jī)的安全降落。該微小型無人直升機(jī)自動(dòng)駕駛和手動(dòng)遙控飛行切換方法，其中包括切換控制器模 塊，機(jī)載遙控收發(fā)器模塊，地面遙控收發(fā)器模塊；切換控制器模塊安裝在微小型無人直升機(jī) 上；切換控制器模塊接收微小型無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)的PWM舵機(jī)控制信號和傳 感器信息，根據(jù)預(yù)設(shè)的判斷規(guī)則對自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的PWM舵機(jī)控制信號和傳感器信息進(jìn) 行判斷，如果判斷自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的PWM舵機(jī)信號或者傳感器信息不正常，則切換控制 器將PWM舵機(jī)控制信號由自動(dòng)控制信號切換至遙控PWM舵機(jī)控制信號，即將機(jī)載遙控收發(fā) 器的PWM舵機(jī)信號輸出給直升機(jī)舵機(jī)，使自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)輸出的PWM舵機(jī)信號無效 ’無人 直升機(jī)進(jìn)入手動(dòng)遙控飛行模式，同時(shí)切換控制器控制機(jī)載遙控收發(fā)器向地面遙控收發(fā)器發(fā) 出報(bào)警信號，地面操作人員據(jù)此立即遙控微小型無人直升機(jī)保持安全飛行。在微小型無人直升機(jī)飛行正常的情況下，飛行模式由手動(dòng)遙控模式切換到自動(dòng)控 制模式。報(bào)警信號分為自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)異常報(bào)警信號，傳感器異常報(bào)警信號，無人直升 機(jī)姿態(tài)異常報(bào)警信號。
本發(fā)明的有益效果為改進(jìn)傳統(tǒng)自動(dòng)駕駛和手動(dòng)遙控飛行切換方式的缺點(diǎn)，本發(fā)明采用的切換方法， 能夠不停得檢測微小型無人直升機(jī)的飛行狀況，一旦檢測到飛行狀況異常，馬上切換到手 動(dòng)遙控飛行方式，同時(shí)告知地面操作人員，操作人員立即遙控直升機(jī)飛行，引導(dǎo)直升機(jī)安全 降落。


圖1為自動(dòng)駕駛和手動(dòng)遙控飛行智能切換方法的功能模塊圖。圖2為切換控制器自動(dòng)駕駛和手動(dòng)遙控飛行判斷規(guī)則圖。圖3為切換控制器手動(dòng)遙控飛行模式報(bào)警規(guī)則圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明圖1是本發(fā)明的功能模塊圖。本發(fā)明主要由切換控制器模塊、機(jī)載遙控收發(fā)器模 塊、地面遙控收發(fā)器模塊組成。切換控制器接收來自自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的PWM舵機(jī)控制信 號和各個(gè)傳感器的信息，同時(shí)也接收來自機(jī)載遙控收發(fā)器的PWM舵機(jī)控制信號。切換控制 器依據(jù)預(yù)置在控制器內(nèi)的自動(dòng)駕駛/手動(dòng)遙控飛行判斷規(guī)則來進(jìn)行飛行模式切換。如果切 換到自動(dòng)駕駛模式，則輸出自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的PWM舵機(jī)信號到無人直升機(jī)的舵機(jī)，實(shí)現(xiàn) 無人直升機(jī)的自動(dòng)飛行；如果切換到手動(dòng)遙控飛行模式，則輸出機(jī)載遙控收發(fā)器的PWM舵 機(jī)信號。任何時(shí)刻，都只有一種模式的PWM信號輸出到無人直升機(jī)的舵機(jī)。機(jī)載遙控收發(fā) 器接收來自地面遙控收發(fā)器的控制信號并向切換控制器輸出PWM舵機(jī)控制信號。當(dāng)切換控 制器切換到手動(dòng)遙控飛行模式時(shí)，機(jī)載遙控收發(fā)器也接收來自切換控制器的報(bào)警信號。地 面遙控收發(fā)器用于向機(jī)載遙控收發(fā)器發(fā)射無人直升機(jī)的控制信號，也接收機(jī)載遙控收發(fā)器 發(fā)射的報(bào)警信號。下面對切換控制器的切換判斷規(guī)則進(jìn)行說明如圖2所示，切換控制接收飛行控制系統(tǒng)的PWM舵機(jī)控制信號和傳感器信號來進(jìn) 行切換判斷。如果檢測到飛行控制系統(tǒng)異?；騻鞲衅鳟惓；驘o人直升機(jī)的姿態(tài)異常，則切 換控制器切換到手動(dòng)遙控飛行模式；若無人直升機(jī)處于正常飛行狀態(tài)，飛行模式可由手動(dòng) 遙控模式切換到自動(dòng)控制模式。(1)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)異常自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)輸出的PWM舵機(jī)信號的占空比超過正常范圍，正常范圍是正脈 沖寬度為Ims至2ms ；(2)傳感器異常傳感器信號超過正常范圍，或者是傳感器沒有了輸出。正常范圍由不同的傳感器 而定。(3)無人直升機(jī)姿態(tài)異常無人直升機(jī)的姿態(tài)角度包括俯仰角(pitch)、橫滾角(roll)和偏航角(yaw)。偏 航角只與機(jī)身的水平方向有關(guān)，因此我們只需要判斷俯仰角和橫滾角。設(shè)定無人直升機(jī)俯 仰角的正常范圍在-60度和+60度之間，無人直升機(jī)的橫滾角在-60度在+60度之間。這4兩個(gè)角度的正常范圍可以根據(jù)具體的飛行控制系統(tǒng)和直升機(jī)而定，不一定是上述的值。下面對切換方法的報(bào)警規(guī)則進(jìn)行說明報(bào)警信號分為三種，分別是自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)異常報(bào)警信號，傳感器異常報(bào)警信 號，無人直升機(jī)姿態(tài)異常報(bào)警信號。如圖3所示，在切換控制器切換無人直升機(jī)控制模式的 同時(shí)，向機(jī)載遙控收發(fā)器發(fā)出報(bào)警信號。機(jī)載遙控收發(fā)器再向地面遙控收發(fā)器發(fā)射報(bào)警信 號，地面操作人員便能夠知道切換的原因。地面遙控收發(fā)器使用聲光同時(shí)報(bào)警，保證了報(bào)警 的可靠性。(1)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)異常報(bào)警信號地面遙控收發(fā)器接收到自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)異常報(bào)警信號后，燈1開始閃爍，同時(shí) 發(fā)出報(bào)警聲響1。(2)傳感器異常報(bào)警信號地面遙控收發(fā)器收到傳感器異常報(bào)警信號后，燈2開始閃爍，同時(shí)發(fā)出報(bào)警聲響 2。(3)無人直升機(jī)姿態(tài)異常報(bào)警信號地面遙控收發(fā)器收到無人直升機(jī)姿態(tài)異常報(bào)警信號后，燈3開始閃爍，同時(shí)發(fā)出 報(bào)警聲響3。
權(quán)利要求
1.一種微小型無人直升機(jī)自動(dòng)駕駛和手動(dòng)遙控飛行切換方法，其中包括切換控制器模 塊，機(jī)載遙控收發(fā)器模塊，地面遙控收發(fā)器模塊；切換控制器模塊安裝在微小型無人直升機(jī) 上；其特征在于切換控制器模塊接收微小型無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)的PWM舵機(jī)控制信號和傳感器 信息，根據(jù)預(yù)設(shè)的判斷規(guī)則對自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的PWM舵機(jī)控制信號和傳感器信息進(jìn)行判 斷，如果判斷自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的PWM舵機(jī)信號或者傳感器信息不正常，則切換控制器將 PWM舵機(jī)控制信號由自動(dòng)控制信號切換至遙控PWM舵機(jī)控制信號，即將機(jī)載遙控收發(fā)器的 PWM舵機(jī)信號輸出給直升機(jī)舵機(jī)，使自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)輸出的PWM舵機(jī)信號無效；無人直升 機(jī)進(jìn)入手動(dòng)遙控飛行模式，同時(shí)切換控制器控制機(jī)載遙控收發(fā)器向地面遙控收發(fā)器發(fā)出報(bào) 警信號，地面操作人員據(jù)此立即遙控微小型無人直升機(jī)保持安全飛行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微小型無人直升機(jī)自動(dòng)駕駛和手動(dòng)遙控飛行切換方法， 其特征在于在微小型無人直升機(jī)飛行正常的情況下，飛行模式由手動(dòng)遙控模式切換到自 動(dòng)控制模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種微小型無人直升機(jī)自動(dòng)駕駛和手動(dòng)遙控飛行切換方 法，其特征在于報(bào)警信號分為自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)異常報(bào)警信號，傳感器異常報(bào)警信號，無 人直升機(jī)姿態(tài)異常報(bào)警信號。
全文摘要
本發(fā)明公開一種微小型無人直升機(jī)自動(dòng)駕駛和手動(dòng)遙控飛行切換方法，屬于飛行器自動(dòng)控制領(lǐng)域。其中切換控制器模塊接收微小型無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)的PWM舵機(jī)控制信號和傳感器信息，根據(jù)預(yù)設(shè)的判斷規(guī)則對自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的PWM舵機(jī)控制信號和傳感器信息進(jìn)行判斷，如果判斷自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的PWM舵機(jī)信號或者傳感器信息不正常，則切換控制器將PWM舵機(jī)控制信號由自動(dòng)控制信號切換至遙控PWM舵機(jī)控制信號。本發(fā)明采用的切換方法，能夠不停得檢測微小型無人直升機(jī)的飛行狀況，一旦檢測到飛行狀況異常，馬上切換到手動(dòng)遙控飛行方式，同時(shí)告知地面操作人員，操作人員立即遙控直升機(jī)飛行，引導(dǎo)直升機(jī)安全降落。
文檔編號G08C17/02GK102053619SQ200910237430
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者宋萍, 宗傳明, 李清洲, 李科杰, 漆光平, 潘越 申請人:北京理工大學(xué)